KR101713113B1 - 증착물질 공급장치 - Google Patents

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KR101713113B1
KR101713113B1 KR1020160094736A KR20160094736A KR101713113B1 KR 101713113 B1 KR101713113 B1 KR 101713113B1 KR 1020160094736 A KR1020160094736 A KR 1020160094736A KR 20160094736 A KR20160094736 A KR 20160094736A KR 101713113 B1 KR101713113 B1 KR 101713113B1
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Abstract

본 발명은 증착물질 공급장치에 관한 것으로서, 제1도가니와, 제1가열부와, 제2도가니와, 제2가열부를 포함한다. 제1도가니는 증착물질이 유입되는 공급관을 하부에 구비한다. 제1가열부는 제1도가니를 가열하여 증착물질을 액체 상태로 유지시킨다. 제2도가니는 상부에 증착챔버와 연결되는 배출관을 구비하고, 하부에는 제1도가니의 하부와 연결되어 액체 상태의 증착물질이 유입되는 연결관을 구비하며, 제1도가니의 내부용량보다 작은 내부용량을 갖는다. 제2가열부는 제2도가니를 가열하여 증착물질을 증발시킨다.

Description

증착물질 공급장치{Deposition material supply apparatus}
본 발명은 증착물질 공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판의 표면에 박막을 형성하기 위하여 진공챔버 내에 배치된 도가니에 증착물질을 공급하는 증착물질 공급장치에 관한 것이다.
LCD, PDP, OLED와 같이 다층 구조를 갖는 평판 디스플레이를 생산함에 있어, 기판에 박막을 형성하는 증착 공정이 수행된다. 증착에 사용되는 장치로는 열을 이용한 장치와 전자빔을 이용한 장치로 구분되는데, 열을 이용한 장치는 증착물질을 열로 가열하여 증착하는 방법이고, 전자빔을 이용한 장치는 가속된 전자빔이 전달하는 전기에너지가 열에너지로 전환되면서 증착물질을 증발시키는 방식이다.
위의 두 증착 방법은 증착물질이 도가니에 일정량 담겨 있는 상태로 증착 공정이 진행된다. 증착 공정이 진행될수록 도가니에 담긴 증착물질이 증발되어 감소하므로, 증착물질을 도가니에 수시로 재공급해야 한다. 이를 위해 증착물질 공급장치가 사용된다.
도 1은 종래의 증착물질 공급장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 증착물질 공급장치는, 증착물질(10)이 저장된 도가니(20)와, 도가니(20)의 상부에 결합된 투입구(21)와, 가열부(30)를 포함하여 구성된다.
이러한 종래의 증착물질 공급장치는, 증착 공정의 가동율(또는 가동시간)을 높이기 위해 도가니(20)의 내부용량을 되도록 크게 하여, 도가니(20)에 한번 충진한 증착물질(10)로 최대한 많은 기판에 박막을 형성했다. 이 때문에, 도가니(20)의 부피가 커질 수 밖에 없었고, 도가니(20)의 부피가 커짐에 따라 도가니(20)의 내부용량 즉, 열용량 증가로 인해 도가니(20)에 담긴 증착물질(10)의 증발량을 신속하게 조절하기 어렵다는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1245129호(2013. 03. 25. 등록공고, 발명의 명칭 : 증착 장비의 증착물질 공급장치 및 이를 이용한 증착물질 공급방법)
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 증착물질의 증발량을 신속하게 조절할 수 있는 증착물질 공급장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 증착물질 공급장치는, 증착물질이 유입되는 공급관이 하부에 구비하는 제1도가니; 상기 제1도가니를 가열하여 상기 증착물질을 액체 상태로 유지시키는 제1가열부; 상부에는 증착챔버와 연결되는 배출관이 구비되고, 하부에는 상기 제1도가니의 하부와 연결되어 액체 상태의 상기 증착물질이 유입되는 연결관을 구비하며, 상기 제1도가니보다 낮은 열용량을 갖도록 상기 제1도가니의 내부용량보다 작은 내부용량을 갖는 제2도가니; 및 상기 제2도가니를 가열하여 상기 증착물질을 증발시키는 제2가열부;를 포함하고, 상기 제2도가니는, 상기 제1도가니 내부의 압력과 상기 제2도가니 내부의 압력이 평형을 이루며 상기 제1도가니 내부의 압력이 상승하지 않도록 상기 제2도가니의 상부와 상기 제1도가니의 상부를 연결하는 압력평형관을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명에 따른 증착물질 공급장치에 있어서, 상기 압력평형관의 단면적은 상기 배출관의 단면적보다 작게 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 증착물질 공급장치에 있어서, 상기 배출관에 결합되어 상기 증착챔버로 공급되는 증착물질의 유량을 측정하는 유량계; 및 상기 유량계에 측정된 상기 증착물질의 유량에 반비례하여 상기 제2가열부의 가열 세기를 조절하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 증착물질 공급장치에 있어서, 상기 제2도가니 및 상기 제2가열부를 내부에 수용하는 냉각부;를 더 포함하고, 상기 냉각부는, 상기 제2도가니 및 상기 제2가열부를 외부로부터 차폐하고, 상기 제2도가니 및 상기 제2가열부를 일정온도로 냉각시킬 수 있다.
삭제
본 발명의 증착물질 공급장치에 따르면, 복수로 구성된 도가니 중 내부용량이 작은 하나의 도가니만 증착물질이 증발되도록 가열하기 때문에 증착물질의 증발량을 신속하게 조절할 수 있으며, 이를 통해 기판의 박막 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 증착물질 공급장치에 따르면, 제1, 2도가니의 수위를 서로 동일하게 유지하여 증착 공정의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 증착물질 공급장치에 따르면, 유량계에서 측정된 증착물질의 유량에 따라 제2가열부의 가열 세기를 조절함으로써, 제2도가니에서 증발되는 증착물질의 양을 일정하게 유지시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 증착물질 공급장치에 따르면, 냉각부를 통해 증착물질의 증발량을 신속하게 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 증착물질 공급장치에 따르면, 냉온조절부를 통해 기존의 개폐밸브의 기능을 대체할 수 있고, 공급관을 가열함으로써, 공급관 내부에 있는 증착물질을 용융시키는데 걸리는 시간도 단축할 수 있다.
도 1은 종래의 증착물질 공급장치의 일례를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착물질 공급장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3은 도가니의 내부용량에 따라 도가니를 가열하는데 걸리는 시간의 차이를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 도 2의 증착물질 공급장치에 구성된 제1도가니 및 제2도가니를 확대하여 나타낸 부분확대도이고,
도 5는 도 2의 증착물질 공급장치에 포함된 압력평형관이 구비되지 않은 경우에 발생되는 압력차를 나타낸 도면이고,
도 6은 도 2의 증착물질 공급장치의 구성에 냉각부가 추가로 구성된 것을 개략적으로 나타낸 부분확대도이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착물질 공급장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 8은 도 7의 증착물질 공급장치에 구성된 냉온조절부의 다양한 변형례를 나타낸 도면이고,
도 9는 도 7의 증착물질 공급장치에서 고체화된 증착물질에 의해 연결관의 내부가 폐쇄되는 것을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 증착물질 공급장치의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착물질 공급장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도가니의 내부용량에 따라 도가니를 가열하는데 걸리는 시간의 차이를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 2의 증착물질 공급장치에 구성된 제1도가니 및 제2도가니를 확대하여 나타낸 부분확대도이고, 도 5는 도 2의 증착물질 공급장치에 포함된 압력평형관이 구비되지 않은 경우에 발생되는 압력차를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 2의 증착물질 공급장치의 구성에 냉각부가 추가로 구성된 것을 개략적으로 나타낸 부분확대도이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 증착물질 공급장치(1)는 기판의 표면에 박막을 형성하기 위하여 진공챔버 내에 배치된 증착챔버에 증착물질을 공급하는 것으로서, 제1도가니(100)와, 제1가열부(200)와, 제2도가니(300)와, 제2가열부(400)를 포함한다.
상기 제1도가니(100)는 증착물질(M)이 유입되는 공급관(110)을 하부에 구비한다.
상기 제1가열부(200)는 제1도가니(100)를 가열하여 증착물질(M)을 액체 상태, 즉 응고점 이상으로 유지시킨다. 제1가열부(200)는 제1도가니(100)의 외부를 감싸는 열선 형태로 설치될 수 있고, 인덕션과 같이 자기장에 의한 유도전류를 이용해 제1도가니(100)를 가열할 수도 있으며, 이외에 다양한 공지기술을 이용하여 제1도가니(100)를 가열할 수 있다.
상기 제2도가니(300)는 상부에 증착챔버(미도시)와 연결되는 배출관(320)을 구비하고, 하부에는 제1도가니(100)의 하부와 연결되어 제1도가니(100)로부터 증착물질(M)이 유입되는 연결관(310)을 구비한다.
본 발명은 도가니를 복수로 구성하고, 복수의 도가니를 연결관(310)으로 서로 연결한 구조이다. 기존의 증착물질 공급장치는 하나로 구성된 도가니 전체를 증착물질이 증발되도록 가열했다. 이에 반해, 본 발명은 두 개의 도가니 중 내부용량이 큰 하나는 응고점 이상으로 가열/유지하고, 내부용량이 작은 다른 하나만 그보다 더 높은 온도로, 즉 증착물질이 증발되도록 가열한다.
즉, 도 3의 (b)에 도시된 본 발명에 따른 제2도가니(300)와 (a)에 도시된 제2도가니(300)에 비해 내부용량이 큰 기존의 도가니(20)에 각각 증착물질(M)이 담긴다고 가정했을 때, 본 발명에 따른 제2도가니(300)가 기존의 도가니(20)에 비해 낮은 열용량을 갖게 된다.
따라서, 도 3의 (c)에 도시된 그래프와 같이 두 도가니에 일정량의 열을 가하게 되면, 본 발명에 따른 제2도가니(300)의 온도 변화율(Ka-Ko/t)이 여기서는 기존의 도가니(20)의 온도 변화율(Kb-Ko/t)보다 크게 된다. 이는 본 발명에 따른 제2도가니(300)가 기존의 도가니(20)에 비해 더 빨리 가열 혹은 냉각된다고도 할 수 있다.
결국, 복수로 구성된 도가니 중 하나, 즉 제2도가니(300)만 증착물질이 증발되도록 가열함에 따라 제2도가니(300)에 담긴 증착물질(M)의 증발량을 신속하게 조절할 수 있게 되며, 이를 통해 기판의 박막 품질도 향상시킬 수 있다.
한편, 도 4 또는 도 5에 도시된 바와 같이 만약, 제1, 2도가니(100, 300)의 상부공간이 서로 연통되어 있지 않으면, 제1, 2도가니(100, 300)의 수위(H1, H2)가 서로 동일하게 유지되지 못하고 달라질 수 있다. 왜냐하면, 제2도가니(300)는 증착챔버와 연결되어 있어 제2도가니(300)의 내부공간 압력(P2)는 비교적 일정하게 유지되나, 제1도가니(100)는 상부공간이 밀폐되어 있기 때문에 증착물질(M)에 포함된 불순가스, 또는 제1도가니(100)에서 증발되어 기체화된 미량의 증착물질(M) 등이 외부로 빠지지 못하고 제1도가니(100)의 상부공간에 채워지면서, 제1도가니(100)의 내부공간 압력(P1)이 상승하기 때문이다.
이로 인해, 공급관(310)에서 공급되는 증착물질(M)이 제1도가니(100)에 채워지지 못하고, 곧바로 제2도가니(300)로 흘러들어 감으로써, 제2도가니(300)에 담기는 증착물질(M)의 양을 정확하게 제어하기 어렵게 된다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 제1도가니의 내부공간 압력(P1)과 제2도가니의 내부공간 압력(P2)이 평형을 이뤄 제1, 2도가니의 수위(H1, H2)가 서로 동일하게 유지되도록 제2도가니(300)의 상부와 제1도가니(100)의 상부를 압력평형관(330)으로 연결하는 것이 바람직하다.
압력평형관의 단면적(d1)은 배출관의 단면적(d2)보다 작게 형성하여 제2도가니(300)에서 증발된 증착물질(M)이 압력평형관(330)보다 배출관(320)으로 더 많이 배출되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제2가열부(400)는 도 2에 도시된 바와 같이 제2도가니(300)를 가열하여 액체 상태의 증착물질(M)을 증발시킨다. 제2도가니(300)에서 증발된 증착물질(M)은 제2도가니(300)의 배출관(320)을 통해 증착챔버(미도시)로 배출되고, 기판에 부착되어 박막을 형성하게 된다.
본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 배출관(320) 내에 흐르는 증착물질(M)의 유량을 측정하는 유량계(700)와, 유량계(700)에 측정된 증착물질(M)의 유량에 반비례하여 제2가열부(400)의 가열 세기를 조절하는 제어부(950)를 더 포함할 수 있다. 유량계(700)에서 측정된 증착물질(M)의 유량값이 제어부(950)에 입력되고, 제어부(950)는 유량값에 반비례하여 제2가열부(400)의 가열 세기를 미리 설정된 동작조건에 따라 조절한다. 이를 통해 제2도가니(300)에서 증발되는 증착물질(M)의 양을 일정하게 유지시킬 수 있다.
본 발명은 제2도가니(300) 및 제2가열부(400)를 내부에 수용하는 냉각부(800)를 더 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 냉각부(800)는 제2도가니(300) 및 제2가열부(400)를 외부와 차폐하여 외부공기로부터의 영향을 최소화하며, 제2도가니(300) 및 제2가열부(400)를 일정온도로 냉각시킨다. 증착챔버로 공급되는 증착물질(M)의 유량이 과다하다고 판단될 경우, 냉각부(800)를 통해 제2도가니(300)를 냉각시켜 증착물질(M)의 증발량을 신속하게 조절할 수 있다.
지금부터는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착물질 공급장치(2)에 대하여 설명한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착물질 공급장치(2)에 대하여 본 발명의 일 실시예에 따른 증착물질 공급장치(1)과 동일한 구성은 동일한 도면 부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착물질 공급장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7의 증착물질 공급장치에 구성된 냉온조절부의 다양한 변형례를 나타낸 도면이고, 도 9는 도 7의 증착물질 공급장치에서 고체화된 증착물질에 의해 연결관의 내부가 폐쇄되는 것을 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착물질 공급장치(2)는 냉온조절부(900)를 더 포함할 수 있다.
상기 냉온조절부(900)는 공급관(110)의 온도를 조절한다. 냉온조절부(900)는 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 공급관(110)의 외주면 일측에 결합되어 공급관(110)을 가열시키는 히터(910)와, 공급관(110)의 외주면 타측에 결합되어 공급관(110)을 냉각시키는 쿨러(920)와, 히터(910)와 쿨러(920) 사이에 개재되고 공급관(110)의 외주면에 밀착결합되어 공급관(110) 내부의 열을 외부로 발산하는 방열판(930)을 구비한다.
냉온조절부(900)는 다양한 형태로 변형될 수 있다. 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 공급관(110)의 둘레에 나선 형태로 감긴 유로에 냉수와 온수를 교대로 흘려보내는 방식으로 히터(910)와 쿨러(920)가 일체로 구비되고, 히터(910)와 쿨러(920) 사이에 방열판(930)이 나선 형태로 감긴 형태로 냉온조절부(900)가 구성될 수 있다. 또한, (c)에 도시된 바와 같이 열선으로 구성된 히터(910)가 공급관(110)의 둘레에 감겨 결합되고, 히터(910)의 외측에 방열판(930)이 결합되며, 방열판(930)의 양단부에 쿨러(920)가 각각 결합되어 구성될 수 있다. 또한, (d)에 도시된 바와 같이 열선으로 구성된 히터(910)가 공급관(110)의 둘레에 감겨 결합되고, 히터(910)의 외측에 방열판(930)이 결합되며, 히터(910)와 방열판(930)을 수용하는 함체 형태의 쿨러(920) 내부에 냉매를 흘려보내는 방식으로 냉온조절부(900)를 구성할 수도 있다.
이러한 냉온조절부(900)는 다음과 같이 구동되어 필요에 따라 증착물질(M)을 제1도가니(100)에 공급하거나, 공급을 차단하게 된다.
도 7을 참조하면, 제1도가니(100)에 담긴 증착물질(M)의 양이 줄어들어 제1도가니(100) 내부로 증착물질(M)의 충진이 필요한 경우, 냉온조절부(900)가 구동되어 공급관(110) 내에 있는 증착물질(M)이 액화되어 증착물질(M)이 제1도가니(100)에 충진된다. 증착물질(M)이 제1도가니(100) 내부에 충진되면, 냉온조절부(900)가 구동되어 공급관(110)을 냉각시켜 도 9에 도시된 바와 같이 공급관(110) 내부에 흐르는 액상의 증착물질(M1)이 굳어 고체화됨으로써, 고체화된 증착물질(M2)에 의해 공급관(110)의 내부가 폐쇄된다.
즉, 별도의 기계식 개폐밸브에 의해 공급관(110)이 개폐되는 것이 아니고, 공급관(110) 내부에 흐르는 증착물질(M)의 상 변화를 이용하여 공급관(110)을 개폐하는 원리이다. 이를 통해 종래의 개폐밸브의 기능을 대체할 수 있고, 공급관(110)을 가열함으로써, 공급관(110) 내부에 있는 증착물질(M)을 용융시키는데 걸리는 시간도 단축할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 증착물질 공급장치는, 복수로 구성된 도가니 중 내부용량이 작은 제2도가니만 증착물질이 증발되도록 가열하기 때문에 증착물질의 증발량을 신속하게 조절할 수 있으며, 이를 통해 기판의 박막 품질도 향상될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 증착물질 공급장치는, 압력평형관을 통해 제2도가니에 담기는 증착물질의 양을 보다 정확하게 제어할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 증착물질 공급장치는, 유량계에서 측정된 증착물질의 유량에 따라 제2가열부의 가열 세기를 조절함으로써, 제2도가니에서 증발되는 증착물질의 양을 일정하게 유지시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 증착물질 공급장치는, 냉각부를 통해 제2도가니 및 제2가열부가 외부로부터 받는 영향을 최소화할 수 있고, 증착챔버로 공급되는 증착물질의 유량이 과다하다고 판단될 경우에 제2도가니를 냉각시켜 증착물질의 증발량을 신속하게 조절할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 증착물질 공급장치는, 공급관 내부에 흐르는 증착물질의 상 변화를 이용하여 공급관을 개폐함으로써, 기존의 개폐밸브의 기능을 대체할 수 있고, 공급관을 가열함으로써, 공급관 내부에 있는 증착물질을 용융시키는데 걸리는 시간도 단축할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
1 : 본 발명의 일 실시예에 따른 증착물질 공급장치
100 : 제1도가니
200 : 제1가열부
300 : 제2도가니
400 : 제2가열부
700 : 유량계
800 : 냉각부

Claims (6)

  1. 증착물질이 유입되는 공급관이 하부에 구비하는 제1도가니;
    상기 제1도가니를 가열하여 상기 증착물질을 액체 상태로 유지시키는 제1가열부;
    상부에는 증착챔버와 연결되는 배출관이 구비되고, 하부에는 상기 제1도가니의 하부와 연결되어 액체 상태의 상기 증착물질이 유입되는 연결관을 구비하며, 상기 제1도가니보다 낮은 열용량을 갖도록 상기 제1도가니의 내부용량보다 작은 내부용량을 갖는 제2도가니; 및
    상기 제2도가니를 가열하여 상기 증착물질을 증발시키는 제2가열부;를 포함하고,
    상기 제2도가니는, 상기 제1도가니 내부의 압력과 상기 제2도가니 내부의 압력이 평형을 이루며 상기 제1도가니 내부의 압력이 상승하지 않도록 상기 제2도가니의 상부와 상기 제1도가니의 상부를 연결하는 압력평형관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 증착물질 공급장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압력평형관의 단면적이 상기 배출관의 단면적보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 증착물질 공급장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배출관에 결합되어 상기 증착챔버로 공급되는 증착물질의 유량을 측정하는 유량계; 및
    상기 유량계에 측정된 상기 증착물질의 유량에 반비례하여 상기 제2가열부의 가열 세기를 조절하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증착물질 공급장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2도가니 및 상기 제2가열부를 내부에 수용하는 냉각부;를 더 포함하고,
    상기 냉각부는,
    상기 제2도가니 및 상기 제2가열부를 외부로부터 차폐하고, 상기 제2도가니 및 상기 제2가열부를 일정온도로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 증착물질 공급장치.
  6. 삭제
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